Exploiting the potential of novel Brettanomyces spp. isolates for biotechnological applications

Abstract

Em ambiente de fermentação industrial, leveduras com elevada tolerância a temperaturas extremas, grandes concentrações de açúcares e etanol, entre outras características são altamente valorizadas. A levedura Saccharomyces cerevisiae é a mais comum em processos fermentativos industriais, embora algumas leveduras menos convencionais comecem a ser exploradas. O isolamento e identificação de novas espécies/estirpes de diferentes nichos permite a possível descoberta de microrganismos superiores aos atualmente usados, ou então, a descoberta de novas características pertinentes que poderão ser transportadas através de métodos genéticos, por exemplo, para os microrganismos mais usados. O principal foco deste trabalho é o isolamento e caracterização de estirpes da levedura Brettanomyces bruxellensis dado que possui traços promissores para diversos processos industriais como a produção de bebidas, atualmente utilizada em cervejas de lambic, e a produção de etanol de segunda geração devido a características importantes como a tolerância a furanos, a grandes concentrações de etanol/ácido acético, fermentação de diversas fontes de carbono e a grande adaptabilidade a diversos meios hostis. A partir de amostras de barris foram isoladas 10 estirpes de B. bruxellensis e identificadas 9 ao nível da espécie através de DNA barcoding. De modo a caraterizar fisiologicamente os isolados, contruiram-se perfis de crescimento, analisou-se a produção de metabolitos em meio rico com elevada concentração de glucose, avaliou-se a tolerância a furanos como 5- hidroximetilfurfural (HMF) e furfural, e a capacidade de assimilar diversas fontes de carbono (celobiose, xilose, amido e lactose). O isolado com as características mais pertinentes, D66, foi selecionado para testar a capacidade de fermentação de amido e lactose em meio rico líquido. Especificamente, o isolado D66 demostrou características relevantes como o co-consumo de maltose e glucose (importante em bebidas fermentadas), tolerância a concentrações de até 2.25 g/L de furfural e 1.75 g/L de HMF, e consumo de cellobiose. No entanto, de maneira a implementar a nível industrial qualquer um destes isolados, estudos mais aprofundados devem ser realizados.

In industrial fermentation environments, yeast with tolerance to extreme temperatures, high sugar or ethanol concentrations, and other useful characteristics are greatly valued. The yeast Saccharomyces cerevisiae is the most commonly used yeast in industrial processes, however, some less conventional yeast are becoming increasingly attractive. Isolation and characterization of new yeast from different niches in nature allow for the discovery of superior new yeast compared to current ones applied, or the discovery of relevant traits that later could be transferred to industrial strains, creating an artificial variety of optimized organisms. The main focus of this work is the isolation and characterization of strains of the yeast Bretanomyces bruxellensis given that it has promising traits for several industrial processes such as the production of beverages, which is already present in some beers (lambic), and the production of second generation ethanol due to important features such as tolerance to furans, high concentrations of ethanol and acetic acid, fermentation of different carbon sources and great adaptability to different hostile environments. From barrel samples, 10 strains of B. bruxellensis were isolated and 9 were identified at the species level through DNA barcoding. To physiologically characterize the isolates, growth profiles were constructed, the production of metabolites in a rich medium with a high concentration of glucose was analyzed, the tolerance to furans such as 5-hydroxymethylfurfural (HMF) and furfural was evaluated, and the ability to assimilate various carbon sources (cellobiose, xylose, starch, and lactose). The isolate with the most pertinent characteristics, D66, was selected to test the ability to ferment starch and lactose in a rich liquid medium. Specifically, isolate D66 showed pertinent characteristics such as co-consumption of maltose and glucose (important in fermented beverages), tolerance to concentrations of up to 2.25 g/L of furfural and 1.75 g/L of HMF, and consumption of cellobiose. However, to implement any of these isolates, further studies must be carried out before possible industrial application.